真空深井抽水技术在无锡二号线上马墩站的应用
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摘要：结合无锡地铁工程实例采用真空降水井超前排除地下水，减少基坑开挖施工过程中地下水对基坑的影响，简要阐述了真空降水井对节约工程投资，加快施工进度，保证施工安全的重要意义
关键词：真空降水、地铁施工、疏干井、降压井
中图分类号：U231+.3文献标识码：A 文章编号：
一、工程概况
无锡地铁二号线上马墩站车站位于规划长江北路与塔影路交叉路口，现状上马墩路上。上马墩站为地上三层，地下三层车站，车站两端设盾构始发井。上马墩左线间距为14米，车站主体长度143.4m，一般段基坑宽为18.01m一般段局部下沉段为20.91m，盾构端头井深19.45米。
二、地质情况介绍
根据地下水埋藏条件，可将地下水分为孔隙浅水含水层、微承压水含水层及承压水含水层，其中浅水含水层主要由杂填土组成，全场分布，厚度一般为0.6～5.0m，由于结构较松散，固结时间短，存在孔隙，成为地下水的赋存空间，其透水性不均匀。该层地下水埋深随地形及地貌等因素的控制具有一定的变化。其补给来源主要为大气降水及周围湖（河）水体补给，微承压含水层主要由粉土夹粉质粘土、粉砂层组成，富水性较低层厚6.30～9.10m。其补给来源主要为上部潜水的垂直入渗及周围河（湖）水网的侧向补给、邻区的侧向补给。承压含水层主要由粉土层组成，层厚1.00 ～3.20 m，水量一般。其补给来源主要为侧向径流补给。
三、施工工艺
3.1降水井数量和总类
根据基坑开挖要求，需要对上马墩站设置8口降压井，33口疏干井，在基坑东端头和下沉段位置采用降压井减压，根据需要在基坑开挖到最后一道支撑附近时启动降压井，降低承压水层水位，防止基坑隆起。降水井主要在基坑开挖前对基坑开挖段的积水起到降低地下水位的作用，保证基坑开挖过程中，不受地下水的影响。
3.1.1降压井结构：
降压井全长38米，其中井管底部以上1米的钢实管为沉淀管，井管底部同土层接触位置用钢板封闭，沉淀管以上7米则为花管，位于承压含水层区域，对含水层进行抽水，花管以上则全为钢实管。
3.1.2疏干井结构
疏干井井深23.3~26m，底部同样为1米沉淀钢实管，井管上部5米一下为钢实管，井管中部均为花管。
3.2主要施工工序
3.2.1测放井位
根据井点平面布置，使用全站仪测放井位，井位测放误差小于30cm。当布设的井点受地面障碍物影响或施工条件影响时，现场可作适当调整。
3.2.2护孔管埋设
埋设钢护筒：钢护筒用4mm钢板做成，直径1000mm，高度为1000mm，在定好井位后先挖好孔埋设好才进行钻机就位。护孔管插入原状土层中，管外用粘性土封堵，防止管外返浆，造成孔口坍塌，护孔管应高出地面10～30cm。
3.2.3钻进成孔
降水井开孔孔径直径：疏干井为600mm，一径到底。降水井施工采用8QZJ-130型回转钻机成孔，开孔时应轻压慢转，以保证开孔的垂直度。钻进时一般采用自然造浆钻进，遇砂层较厚时，应人工制备泥浆护壁，泥浆密度控制在1.10～1.15。当提升钻具和临时钻停时，孔内应压满泥浆，防止孔壁坍塌。钻进时按指定钻孔、指定深度内采取土样，核对含水层深度、范围及颗粒组成。
3.2.3清孔换浆
当钻进达到设计深度后，并超钻0.5-1m，作下管前沉淀沉渣，然后用大泵置换孔内的泥浆，减小孔内泥浆比重，当泥浆比重接近1.05g/cm3后，立即下管，下管前在底下平铺300mm厚细石滤水层
3.2.4下井管
在下管前，再次逐根检查透水管的质量确保每根管垂直误差小于1%，内外径误差小于±0.5mm，透水管与接头处用固定物固定结实。井管的规格为直径Φ273mm，透水管采用双层80目尼龙滤网布作为过滤器，外用镀锌铁丝箍紧。
3.2.5回填砾料
透水管下入孔内后，开始回填滤料，滤料采用米砂，填料根据设计要求应不少于计算量95%，在地表以下回填2.00m厚粘性土,并做好各项记录，以备验收。
3.2.6洗井
在滤料和粘土填完后，立即开始洗井，洗井方法用QY40-30-5沥青水电泵长时间抽排，直至水清砂净。洗完井后并再次测量井深，孔内砂子沉淀超过沉淀管，则重新捞清洗净。
3.2.6安装抽水设备
成井施工结束后，下入井泵并联接真空管路、排设排水管道、安装真空泵、接通电源，安装完毕后进行安装效果检查。
3.2.7真空负压降水
加载负压真空抽水时，每3～4口井配备1台真空泵，每口井单用一台潜水泵，要求潜水泵的抽水能力应满足单井的最大出水量，预抽水期间真空管路的真空度大于-0.06MPa，潜水泵和真空泵同时开启。
3.2.8抽水
先采用真空泵与潜水泵交替抽水，真空抽水时管路系统的真空度不低于60KPa，以确保真空抽水的效果。
3.2.9降水井保护
坑内降压井位尽可能靠近支撑边，沿支撑的垂直向离支撑约80cm～100cm；加强井管焊接质量的检查。按照设计要求严格控制焊接质量。焊缝要均匀，无砂眼，焊缝堆高不小于6mm。确保后期基坑开挖焊缝不漏水。所有降水井应设置醒目的标记，弄好夜间施工反光带，加强人工值班保护。
上马墩降水过程中采用的真空泵原理类似于气体传输泵，将位于钢实管内的空气通过真空泵不断的排除，借以达到不断排除管内气体的目的，降低管内的气体压力后，加快花管附近的地下水往管内汇聚的速度，从而达到加快抽水，迅速降低地下水的目的，采用真空泵进行抽水量为常压下抽水效率1.6倍（常压状态下抽水量为60m3/天）基本保证水位在开挖面6~7米以下，通过采用真空泵进行抽水，开挖过程中发现使用真空泵抽水后土中含水累比明显降低，保证围护结构施工，降低了施工难度，加快了施工速度，保证了施工工期。
以下为采用真空泵抽水后基坑内渣土前后对比照片：
未使用真空泵抽水前基坑内渣土含水情况
使用真空抽水泵后基坑内渣土无明显含水
四、结语
随着国民经济的不断增长，以及城市人口的不断增加，现有的交通工具设备已无法满足大规模人群的出行要求，越来越多的城市将要进行地铁建设以满通需求，真空抽水泵的应用，为长三角地下水含量丰富地区进行地铁车站开挖过程中地下水抽排技术提供了经验，降低了基坑过程中施工难度，随着人们的不断探索，以及经验的积累，真空抽水泵技术将日臻完善，作为一名技术人员能有幸加入其中，将是一次非常好的学习机会，“处处留心皆学问”，只要我们善于积累，善于总结，定会获益匪浅。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。